Процеси гідрування і дегідрування (стр. 1 из 7)

ЗМІСТ

ВСТУП

1. Класифікація реакцій дегідрування

2. Класифікація реакцій гідрування

3. Теоретичні основи процесів гідрування і дегідрування

3.1 Рівновага реакцій гідрування і дегідрування

3.2 Вплив термодинамічних факторів на вибір умов процесу

3.3 Каталізатори, механізм, кінетика реакцій гідрування і дегідрування

3.3.1 Каталізатори

3.3.2 Механізм реакцій гідрування-дегідрування

4. Кінетика реакцій гідрування-дегідрування

5. Селективність реакцій гідрування і дегідрування

6. Дегідрування парафінів і олефінів. Виробництво бутадієну та ізопрену

6.1 Дегідрування парафінів у моноолефіни

6.2 Дегідрування вищих н-парафінів в олефины С₁₂-С₁₈

6.3 Дегідрування олефінів

6.4 Окиснювальне дегідрування олефінів

6.5 Одностадійне дегідрування парафінів у дієни

7. Хімія і технологія процесів гідрування

7.1 Гідрування вуглеводнів

7.1.1 Гідрування по С=С зв'язку

7.1.2 Гідрування по СºС зв'язку

7.2 Гідрування ароматичних вуглеводнів

8. Технологія газофазного гідрування

8.1 Типи реакційних пристроїв

9.Технологія рідинофазного гідрування

9.1 Типи реакційних пристроїв

література

ВСТУП

Тема контрольної роботи «Процеси гідрування і дегідрування» з дисципліни «Технологія нафтохімічного синтезу».

Мета роботи – розглянути класифікацію реакцій гідрування і дегідрування; вплив термодинамічних факторів на вибір умов процесів гідрування і дегідрування; каталізатори, механізм, кінетика процесів гідрування і дегідрування; селективність реакцій гідрування і дегідрування; виробництво бутадієну та ізопрену; дегідрування парафінів у моноолефіни С₁₂-С₁₈; одностадійне дегідрування парафінів у дієни; дегідрування олефінів; окисне дегідрування олефінів; хімію і технологію процесів гідрування по С=С, СºС зв'язкам, а також ароматичних з'єднань; технологію газофазного гідрування; технологію рідинофазного гідрування; типи реакційних речовин.

Знання механізмів гетерогенного каталізу реакцій гідрування і дегідрування дозволяє зробити крок до розробки загальної теорії каталізу. Розробленість технології дегідрування дозволила спроектувати великотонажні установки й у суміжних галузях.

Під дегідруванням розуміють хімічні процеси, зв'язані з відщіпленням атомів водню від органічної сполуки. Гідрування або гідрогенізація полягає в перетвореннях органічних сполук під дією молекулярного водню. У ряді випадків гідрування приводить до відновлення кисеньмістких речовин, дегідрування– до їхнього окиснення.

Процеси дегідрування і гідрування мають дуже важливе значення в промисловості. Дегідруванням одержують ненасичені з'єднання, які представляють велику цінність як мономери для виробництва синтетичного каучуку і пластмас (бутадієн 1,3, ізопрен, стирол), а також альдегіди, кетони (формальдегід, ацетон, метилетилкетон). Реакціями гідрування синтезують циклогексан і його похідні, багато амінів (анілін, гексаметилендиамін), спирти (н-пропанол, н-бутанол, вищі). Дуже часто реакції гідрування і дегідрування є етапами багатостадійних синтезів коштовних органічних сполук – мономерів, поверхнево-активних речовин (ПАР), розчинників і т.і.

1. Класифікація реакцій дегідрування

Найбільш типові реакції дегідрування можна класифікувати по виду зв'язків між атомами, від яких отщепляется водень (С-С, С-О, С-Nдегідрування).

При С-С дегідрування парафінів утворюються з'єднання з подвійним вуглець-вуглецевим зв'язком, а при подальшому розвитку реакції – дієни:

СН₃-СН₂-СН₂-СН₃

СН₃-СН₂-СН=СН₂ СН₂=СН-СН=СН₂

Бічні ланцюги ароматичних з'єднань також можуть дегідруватися з утворенням речовин типу стиролу:

С₆Н₅-С₂Н₅

С₆Н₅-СН=СН₂

Дегідрування по зв’язку С-Охарактерно для первинних спиртів, з яких утворяться відповідно альдегіди і кетони:

RCH₂OH

RCHO

R₂CHOH

R₂CO

При гідруванні по зв’язкуС-Nутворюються нітрили:

RCH₂NH₂

RCN

При всіх розглянутих реакціях цілком зберігається первинне розташування атомів у ланцюзі, але маються ще процеси дегідрування, які протікають зі зміною його.

Важливе значення має процес дегідроциклізації:

С₆Н₁₄

Дегідроконденсація приводить до утворення ди- і поліядерних з'єднань:

2

Інший вид дегідроконденсації спостерігається при синтезі амінів і нітрилів з вуглеводнів і аміаку, коли утворюються нові C-N зв'язки:

RCH₃ + NH₃

RCH₂NH₂ RCN

Багато з приведених вище перетворень можна проводити за допомогою реакцій окиснення, наприклад, синтез карбонільних з'єднань зі спиртів, синтез нітрилів з вуглеводнів і аміаку, синтез нітрилів з амінів:

RR¢CHOH

RR¢CO + H₂O

RCH₃ + NH₃

RCN + 3H₂O

RCH₂NH₂

RCN + H₂O

Іноді такі реакції можна здійснювати при недоліку кисню, коли одночасно відбувається ще окиснення і дегідрування:

2СН₃ОН + 0,5О₂® 2НСНО + H₂O + H₂

В інших випадках кисню береться навіть більше, ніж потрібно по стехіометрії, але реакція зводиться до дегідрування:

СН₃-СН₂-СН=СН₂ + 0,5О₂® СН₂=СН-СН=СН₂ + H₂O

Це реакція окиснювальногодегідрування.

2. Класифікація реакцій гідрування

Реакції гідрування (гідрогенізації) можна розділити на три групи:

1.Приєднання водню по ненасичених зв'язках.

2.Дія водню, що супроводжується відщіпленням води або інших речовин, що не містять вуглецю.

3.Реакції з воднем, що супроводжуються розщепленням вуглець-вуглецевого зв'язку (деструктивне гідрування).

Реакції першої групи протилежні реакціям гідрування зі збереженням первісного розташування атомів у ланцюзі. Вони можуть відбуватися з приєднанням водню по зв'язках СºС; С=С; С_ар.-С_ар. по С=О альдегідів і кетонов, по С=N; CºN зв'язкам азотз’єднань:

RCH=CH₂

RCH₂-CH₃

CHºCH

CH₂=CH₂ CH₃-CH₃

RR¢CO

RR¢CHOH

RCN

RCH₂NH₂

Друга група відповідає відновленню органічних сполук. До них належить гідрування карбонових кислот у спирти, спиртів у вуглеводні, амідів кислот і нітросполук в аміни:

RCOOH +2H₂® RCH₂OH + H₂O ROH + H₂® RH + H₂O

RCONH₂ +2H₂® RCH₂NH₂ + H₂O RNO₂ + 3H₂® RNH₂ + 2H₂O

При цьому може отщеплятися не тільки вода, але і хлорид водню, аміак, сірководень:

RCOCl + H₂® RCHO + HCl

RSH + H₂® RH + H₂S

Третя група реакцій гідрування – з розщепленням вуглець-вуглецевих зв'язків – деструктивне гідрування (гідрогіноліз). До них здатні вуглеводні з відкритим ланцюгом, нафтени, ароматичні з'єднання з бічним ланцюгом:

RCH₂R¢® RCH₃ + R¢H

+ H₂ ® CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

R + H₂® + RH

R

Ці реакції протилежні процесам дегідроконденсації і дегідроциклізації.

До третьої групи відносять процеси гідрування з виділенням води, H₂S, NН₃, коли відбувається деструкція молекули по С-S або С-N зв'язкам.

Особливим типом реакцій дегідрування–дедегідрування є перерозподіл водню між двома молекулами, коли одна з них відщепляє водень, а інша приєднує його, така реакція називається реакцією дегідродегідруванням. Такі процеси мають важливе значення в переробці нафтопродуктів (риформинг та ін.) і застосовуються в органічному синтезі.

3RCH=CH₂ + ® 3RCH₂-CH₃ +